近日，上海大學（浙江）高端裝備基礎(chǔ)件材料研究院（簡稱上善院）傳來喜訊，由上善院、上海大學、河北龍鳳山鑄業(yè)有限公司、冶金工業(yè)經(jīng)濟研究發(fā)展中心聯(lián)合組成的PI（純鐵）項目團隊，成功制備出了純度達到5N2的超純鐵，這也標志著我國鐵的提純技術(shù)躋身世界前列。
什么是超純鐵？上海大學、上善院教授徐閏介紹，按照碳含量不同，鐵分為生鐵、鋼和純鐵，其中將碳含量低于0.0218%的鐵稱為純鐵，純度在4N—6N級（99.99%—99.9999%）的純鐵稱為高純鐵及超純鐵。
與生鐵和鋼的性能不同，4N級（99.99%）以上的高純鐵和超純鐵，具有優(yōu)異的軟磁性能、耐腐蝕性能、延展性能、熱性能和導電性能等，作為原材料使用可以顯著提高特種合金、高端特種鋼、半導體和非晶等材料的性能和品質(zhì)，從而促進航空、航天、電子、能源、半導體等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
純鐵是重要的工業(yè)原料，其提純技術(shù)反映著一個國家的工業(yè)化發(fā)展水平，純鐵制備工藝也一直是世界級的科技難題，此前，僅有日本、美國等發(fā)達國家在實驗室制備出了5N級超純鐵，在我國，大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的純鐵純度僅為2N—3N級（99.0%—99.9%）。
“想要制備超純鐵，無論是設(shè)備、技術(shù)還是工藝，都是一道道必須攻克的難題。”徐閏說。
2021年，作為嘉善縣人民政府與上海大學合作共建的高能級創(chuàng)新載體，上善院正式入駐嘉善。帶著“制備更高純度純鐵”的目標，徐潤和團隊成員一頭扎進了實驗室。2022年4月，團隊中的上海大學光電子材料與器件研究中心主任王林軍將已有的半導體材料提純技術(shù)與鐵的超純化相結(jié)合，提出了區(qū)熔法提純超純鐵方案。隨后，徐閏率領(lǐng)團隊設(shè)計制造出了國內(nèi)第一臺超高真空垂直浮區(qū)感應區(qū)熔爐。2023年9月，PI項目團隊通過電解—真空熔煉—真空垂直區(qū)熔3種組合方式首次生產(chǎn)出了5N級超純鐵。又經(jīng)過半年多的努力，今年上半年，一項一致性優(yōu)異、穩(wěn)定可重復的提純工藝正式出爐。
經(jīng)第三方檢測，經(jīng)該提純工藝制備出的超純鐵樣品純度高達5N2（99.9992%）。其中，氣體雜質(zhì)元素含量（碳氮氧氫）僅為4.5ppm（百萬分之一），其余元素含量總和為3.2ppm。
徐閏表示，提純研究依然任重道遠，針對5N級超純鐵本身，他們還將開展力學、磁學、電學、腐蝕和生物適應性等方面的科學研究與應用開發(fā)，并準備向下一個科研目標“極純鐵（6N級）”發(fā)起挑戰(zhàn)。
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